[发明专利]基于自主学习的内置式永磁同步电机弱磁曲线跟踪方法及装置

说明书

基于自主学习的内置式永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，由角度解算模块、电压比较器、自主学习导数观测器、PI调节器、电流比较器；其中角度解算根据PI调节器输出的角度补偿与当前角度相加得到新的角度值；电压比较器通过将当前端电压幅值与母线电压比较判断是否已经到达电压限制；自主学习导数观测器通过扰动观测法计算出转矩对角度的偏导数，此偏导数将被输出到PI调节器，由PI调节器计算出所需要的角度补偿量，当误差转矩对角度的导数在预先设定的范围内时，即判断跟踪完成，随即对电流矢量大小进行更新。从静态的标定模式为动态的搜索模式能够提高开发效率，保证曲线正确性，对不同的电机有着更加好的适用性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机的控制技术领域，具体涉及基于自主学习的内置式永磁同步电机弱磁曲线跟踪方法及装置。

背景技术

随着国民经济和科学技术的发展，电机在各行各业中发挥的作用越来越重要。永磁同步电机得益于其设计、制造、控制的方面的诸多优点，广泛应用于各种工业生产生活的场合。加之我国的稀土资源丰富，永磁同步电机的应用市场在我国尤其大。永磁同步电机可由交直轴电感的异同被分为表贴式和内置式，由于内置式永磁同步电机(IPMSM)可在弱磁条件下具有较宽的调速区间，应用较为广泛。

在IPMSM的控制策略中，为了实现效率的最大化和电流容量的最大利用，电机在弱磁之前将被控制运行在最大转矩电流比(MTPA)曲线上，随着电机速度的不断提升，由d轴q轴电流Id、Iq，永磁体磁链，电角速度w所表示的短电压逐渐升高，具体表示公式为：

其中Umax为驱动电机的逆变器直流母线电压。则由上式可得受限于电压上限的电流限制关系。在dq坐标系上看是一个随着w增大而收缩的椭圆(如图1)。dq电流坐标须落在此椭圆之内。如图所示，在弱磁控制阶段，dq电流的限制曲线由两部分构成，即原有的MTPA曲线(成为图1中A段)以及对应当前w的电压限制曲线(成为图1中B段)，称之为弱磁限制曲线。

在电机运行在MTPV(最大转矩电压比)阶段之前，从扭矩输出的角度来看，当dq轴电流位于弱磁限制曲线上时，所输出扭矩为当前电流所对应的最大值。

通过电机控制理论可知，在电机运行在B段曲线上时，其输出端电压幅值应恰好等于逆变器的直流母线电压。当在电机运行在A曲线之上的时候，其转矩信号对电流角度的导数记为(dTe(beta))为0。本方案利用dTe(beta)作为反馈信号，以调节dTe(beta)最终为0为目的，利用合理的PI调节模块，搜索出当前电流矢量大小下，转矩最优的角度值。

而在一般的电机驱动产品中，往往不含转矩传感器，即使带有转矩传感器，其导数求取也会因为采样时间滤波参数等问题变得十分困难。

中国公开专利号105262394A，公开日2016年01月20日，发明名称一种内置式永磁同步电机的MTPA控制方法及其控制系统，公开了一种内置式永磁同步电机的MTPA控制方法及其控制系统，通过计算定子电流离散点和转速离散点下的理论最优转矩角，划分出可变搜索区间，在可变搜索区间内搜索输出转矩最大时的转矩角，作为实测最优转矩角，对一系列实测最优转矩角进行二元二次多项式拟合，得到算法最优转矩角的拟合公式，根据算法最优转矩角和定子电流Is计算某定子电流Is下的电机的直轴电流给定和交轴电流给定用于内置式永磁同步电机的电流环给定。本发明提出了一种基于变区间搜索和二元二次多项式拟合的MTPA实验法，实现更高效率和精度的MTPA控制方法。

传统的方式对电机曲线的标定工作会占用较大时间，严重影响开发效率以及工程进度；由于在标定过程中仅仅对一台或者几台样机进行标定，当一致性有所欠缺时，其标定曲线和实际曲线会有较大的差距。